[發(fā)明專利]基于多光譜傳感器的低成本牛乳成分分析方法與裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010798040.0
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111781154A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱新華;楊彪;郭文川
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于多光譜傳感器的低成本牛乳成分分析方法，其特征在于，光源模塊發(fā)出的光通過準(zhǔn)直鏡轉(zhuǎn)換為平行光之后射入裝有牛乳的樣本池中并被牛乳散射和反射，多光譜傳感器接收與牛乳相互作用后的光并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給運(yùn)算控制模塊，運(yùn)算控制模塊計(jì)算乳成分并通過顯示屏輸出計(jì)算結(jié)果；

包括以下步驟：

（1）預(yù)熱：打開光源開關(guān)（9）、電源開關(guān)（10），預(yù)熱10分鐘以上；

（2）設(shè)置參考光譜：關(guān)閉光源開關(guān)（9），用遮光罩（15）遮住多光譜傳感器（2），采集并設(shè)置暗參考R_d，打開光源開關(guān)（9），用聚四氟乙烯參考白板遮住多光譜傳感器（2），采集并設(shè)置白參考R_w；

（3）采集并計(jì)算牛乳多光譜漫反射：將牛乳樣本裝入樣本池（14）中，將樣本池（14）置于多光譜傳感器（2）正上方并用遮光罩（15）蓋住樣本池（14），采集牛乳樣本的多光譜反射光譜R_R，計(jì)算待測牛乳樣本的多光譜漫反射率R_S；

所述多光譜漫反射率R_S的計(jì)算方法為R_S=（R_R-R_d）/（R_w-R_d）；

所述多光譜漫反射率R_S波長范圍為410-940 nm；

（4）計(jì)算乳成分：采用偏最小二乘回歸算法（PLS）計(jì)算出待測牛乳樣本的脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖和總固形物含量；

所述偏最小二乘回歸算法計(jì)算公式為：

Y=K·R_S +c

式中Y是算法的輸出值，是一個(gè)四維矩陣，每一維依次是待測牛乳樣本的脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖和總固形物含量，K是系數(shù)矩陣，R_S是待測牛乳樣本的多光譜漫反射率，c是常數(shù)項(xiàng)；

算法中系數(shù)矩陣K和常數(shù)項(xiàng)c的確定方法包括以下步驟：

a.數(shù)據(jù)采集：取乳成分分布范圍較廣的牛乳樣本大于100個(gè)，用基于多光譜傳感器的低成本牛乳成分分析裝置采集其多光譜漫反射率，用標(biāo)準(zhǔn)方法分別測出每個(gè)牛乳樣本的脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖和總固形物含量真實(shí)值；

b.確定系數(shù)矩陣K和常數(shù)項(xiàng)c：以牛乳樣本的多光譜漫反射率和用標(biāo)準(zhǔn)方法測得的脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖和總固形物含量真實(shí)值為輸入量，用偏最小二乘回歸算法計(jì)算出系數(shù)矩陣K、和常數(shù)項(xiàng)c；

（5）顯示分析結(jié)果。